Созданный ими прототип похож на небольшую фотоэлектрическую пластину. На деле, в ней объединены сразу три функции: фотоэлектрический элемент, электролизер и каталитическая ячейка для преобразования гидразина.
Искусственный лист превращает опасный отход в чистый водород, используя солнечный свет: разработка из Сингапура
Производить водород экологичным способом стоит дорого. Очистка загрязненных токсичными химикалиями — тоже. Азиатские ученые нашли изящное решение, которое решает обе задачи, используя в качестве источника энергии лишь солнечный свет.
NTU Singapore
Исследователи из Наньянского технологического университета разработали устройство, которое очищает воду от гидразина и производит водород.
Гидразин, он же диамин или диамид (N2H4) — это очень токсичное вещество. Оно активно используется в фармацевтике и химической промышленности, поэтому может попадать в морскую воду, загрязняя ее. Если в воду поместить устройство из НТУ и подставить его источнику видимого света (проще говоря, солнечным лучам), в нем начинается комплекс химических реакций. На катоде из воды высвобождается водород. На аноде происходит разложение гидразина и выделяется азот и, опять же, водород.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Традиционно производство «зеленого» водорода и обработку промышленных стоков проводят раздельно. Как оказалось, это энергетически невыгодно. В производстве водорода часть энергии уходит на выделение кислорода — побочного продукта. Очистка стоков тоже требует энергии.
Сингапурские ученые обнаружили, что гидразин разлагается гораздо легче, чем вода, поэтому реакция протекает при меньших затратах энергии, а выход водорода повышается.
Обманчивая простота придуманного учеными решения
Обычно в электролизерах используют не морскую, а пресную воду. Причина в агрессивности хлоридов, содержащихся в морской воде: они быстро разрушают электроды и образуют токсичные соединения.
В НТУ нашли способ обойти эту проблему. Для этого потребовалось создать сложные многослойные электроды. Катод сделан из перовскита на основе галогенида свинца — полупроводника, генерирующего электрический ток под действием света. От хлоридов его защищает покрытие из проводящего эпоксидного полимера с вкраплениями серебра и меди, покрытый титановой фольгой и напылением платины — катализатора, ускоряющего реакцию.
Анод тоже имеет довольно сложное устройство, включающее железо-кобальт-хромовый катализатор.
Исследователи проводили испытание в течение 72 часов. Устройство уменьшило концентрацию гидразина в контейнере с морской водой до концентрации, составляющей лишь 5% от ПДК, и произвело приличное количество водорода в процессе. И при этом не показало признаков деградации.
При эффектности этого результата, остается непонятным, сможет ли такое устройство применяться в большом масштабе. Непонятно, сколько может стоить серийный аналог «искусственного листа», учитывая его сложную конструкцию с применением дорогостоящей платины и редкоземельного кобальта. Непонятно и то, не будет ли он в процессе загрязнять воду свинцом, содержащимся в катоде. Ответ на эти вопросы дадут будущие исследования.
Загружаем